5 курс 2 семестр / Точность измерительных приборов / ТИП комплект з 1 / Лаборат / Лабораторная работа № 3

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

─────

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Лабораторная работа №1.

Влагометрия бумаги

Выполнил:

Студент __ -го курса

Факультет: МФ

Специализация: 200101

Форма обучения _____

Шифр: _____________

Проверил ___________

Санкт-Петербург

2012 г.

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципа дейст­вия лабораторного диэлькометрического влагомера ЭФ-12У и экспериментальное определение влагосодержания образца бумаги.

II. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Поведение диэлектрика в электромагнитном поле характеризуется макроскопическими величинами комплексных диэлектрической * и магнитной * проницаемостей. У влажных материалов, не содержащих ферромагнетиков, величина * _ (магнитной проницаемости вакуума) и их электрические свойства в слабых переменных электрических полях можно описать двумя параметрами, связанными с *. При измерениях влажности используются следующие пары величин:

• вещественная  и мнимая  составляющие комплексной диэлектрической проницаемости:

* =  – j ; (1)

• диэлектрическая проницаемость  и тангенс угла диэлектрических потерь tg ;

• диэлектрическая проницаемость  и удельная проводимость (точнее, её активная составляющая) .

Зависимости между этими величинами имеют вид:

  , (2)

  , (3)

tg    , (4)

  (j tg (5)

где:  – угловая частота.

III. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Для проведения контроля используется лабораторный диэлькометрический влагомер ЭФ-12У. Данный прибор может измерять толщину и влажность исследуемого материала. Структурная схема прибора для измерения влажности приведена на рис. 1.

ЦАП

ИГ

СД

К

РС

ОГ

Р

И

Рис. 1. Структурная схема диэлькометрического влагомера ЭФ-12У.

ОГ – опорный генератор, ИГ – измерительный генератор, СД – счётчик-делитель, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь, РС – реверсивный счётчик, Р – регулятор частоты, К – регулятор калибровки, И – индикатор.

Измерение влажности данным прибором основано на регистрации диэлектрической проницаемости влажного материала. Принцип действия влагомера в свою очередь базируется на регистрации частоты колебаний измерительного генератора, значения которой, как раз, и определяются диэлектрической проницаемостью исследуемого диэлектрика для сухого и влажного состояния. Это осуществляется за счёт того, что частота измерительного генератора зависит от ёмкости измерительного конденсатора (включённого в схему генератора), определяемой значением диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещённого в измерительный конденсатор.

Для сухого состояния материала ёмкость измерительного конденсатора определяется:

, (6)

для влажного состояния материала имеем:

, (7)

где: - диэлектрическая проницаемость материала преобразователя, - диэлектрическая проницаемость воды, u – влагосодержание, т – константа для данной геометрии преобразователя.

Из (6) и (7) для влагосодержания будем иметь:

. (8)

Частота колебаний для «RC» генератора определяется:

(9)

отсюда окончательно имеем:

(10)

где: f_{с ,} f_в - частоты измерительного генератора при измерении сухого и влажного материала соответственно.

Прибор осуществляет измерение влагосодержания, которое рассчитывается по формуле (10) в автоматическом режиме. В процессе измерений сигнал с измерительного генератора подаётся на счётчик-делитель с регулируемым коэффициентом пересчёта. Регулировка осуществляется с помощью ЦАП. Это позволяет сформировать временной интервал счёта, пропорциональный - . Регулятором К устанавливается пропорциональность .

Одновременно сигналы с измерительного и опорного генераторов подаются на реверсивный счётчик, выполняющий операцию . Частота опорного генератора при этом соответствует той частоте, которую имел бы измерительный генератор при u = 0.

Конструктивно влагомер выполнен в виде прибора переносного типа, состоящего из двух частей: преобразователя и электронного блока. Конструкция преобразователя представляет стальной корпус, внутри которого смонтирована плата измерительного генератора и которому прикреплён измерительный конденсатор. Последний, в свою очередь представляет собой две пластины фольгированного стеклопластика, разнесённых на некоторое расстояние и покрытые лаком.

IV. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Включаем прибор нажатием кнопки «сеть». Переключатель «толщина-влажность» устанавливаем в положение «влажность».

Проводим измерения увлажнённых образцов бумаги на лабораторном влагомере ЭФ-10У с разработанным преобразователем. Для этого мы создаём влажность в диапазоне 4 ÷ 6 %. Влажность в образцах создавалась помещением их в эксикатор с водой. Затем производилось измерение образца.

Перед проведением измерений проводилась тарировка влагомера, для этого весовым методом определялось влагосодержание по формуле 6 для ряда промежуточных значений. Под влагосодержанием (массовым) u понимается отношение массы влаги М, со­держащейся в теле, к массе абсолютно сухого тела М₀:

. (11)

Для получения нулевого влагосодержания образец принудительно высушивался и периодически взвешивался на аналитических весах. При неизменности веса констатировалась нулевое влагосодержание, полученное значение массы образца подставлялось в расчётную формулу 11.

При комнатной температуре мы делаем многократные измерения на приборе образца бумаги. Результаты измерений – влагосодержание u, считываемое с табло прибора заносим в таблицу 1.

Таблица 1

№ изм.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
u, %	5,4	5,5	5,3	5,6	5,3	5,4	5,4	5,5	5,3	5,4

Согласно стандарту предприятия СТП 2.075.008-81 производится статистическая обработка результатов наблюдений, расчёт случайных погрешностей прямых измерений. Определяются следующие величины.

1. Расчёт средних арифметических результатов наблюдений.

где: x_i – текущее значение результатов наблюдений.

= 5,41.

2. Расчёт средних квадратических отклонений результатов наблюдений.

S = 0,099.

3. Расчёт оценки средних квадратических отклонений результата измерений.

.

.

4. Расчёт доверительной границы случайной погрешности результата измерений (абсолютная погрешность измерений).

  t ·S(x)

где: t = 2,26 – коэффициент Стьюдента при доверительной вероятности 0,95.

 = 0,072.

5. Расчёт относительной погрешности.

Е =  / .

E = 0,013·100 % ≈ 1 %.

V. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Проведены многократные измерения на приборе образца бумаги (таб. 1). Произведена статистическая обработка результатов наблюдений – расчёт случайных погрешностей прямых измерений. Полученный результат – относительная погрешность ≈ 1 % говорит о высокой точности измерений.

VI. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Клопов В.Д., Потапов А.И., Павлов И.В. Экспресс-контроль влажности материалов целлюлозно-бумажной промышленности. "Неразрушающий контроль в науке и индустрии -94": Тез. Российской с международным участием конф., 31 мая-2 июня 1994 г., г. Москва: изд. МГТУ, С. 172-173.

2. Клопов В.Д., Потапов А.И., Павлов И.В. Контроль влажности песчано-полимерных оправок радиоволновым методом. "Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства неразрушающего контроля": Тез. докл. VI Российской научн.- техн. конф. с международным участием, 12-14 сентября 1995г., г. Саратов: изд. Саратовского университета, 1995, С.32-34.

3. Клопов В.Д., Потапов А.И., Павлов И.В. Бесконтактный автоматический влагомер. “Неразрушающий контроль и диагностика”: Тез. докл. 14 Российской конф., 23-26 июня 1996г., г. Москва, РОНКТД, 1996, С. 305.

4. Клопов В.Д., Потапов А.И., Матвеева А.Н. Диэлькометрический влагомер. Тез. докл. 16 Российской науч.-техн. конф. “Неразрушающий контроль и диагностика”. В 2-х томах, 2000 М.: РОНКТД, М., 2002.

7